DE3720576A1 - Einrichtung an einem elektronischen doppelschienenkontakt - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger elektronischer Doppelschienenkontakt ist bei­ spielsweise aus der DE-OS 32 23 126 bekannt. Der Schienenkon­ takt besteht dort aus zwei räumlich benachbarten, voneinander unabhängigen Systemen, die auf das Vorüberlaufen von Fahrzeug­ rädern ansprechen. Aus der Reihenfolge ihrer Beeinflussung wird auf die Fahrtrichtung des vorüberlaufenden Rades geschlossen. Jedes System weist einen von einem hochfrequenten Wechselstrom gespeisten Sendekreis in Form eines Parallelschwingkreises auf, der mit einem zugehörigen Empfangskreis gekoppelt ist. Die Emp­ fangsspannungen werden getrennt verstärkt, gleichgerichtet und in spannungsproportionale Frequenzen umgesetzt. Über nachge­ schaltete Bandfilter gelangen die durch Umsetzer erzeugten Signalfrequenzen ins Stellwerk. Rollt der Laufkranz eines Rades am Schienenkontakt vorbei, so erhöht sich vorübergehend die Kopplung zwischen den jeweils zusammenwirkenden Sende- und Empfangskreisen. Dadurch steigen die Eingangsspannungen auf der Empfangsseite vorübergehend an und es verändern sich die Fre­ quenzen der Signalspannungen. Die nachgeschalteten Bandpässe bewirken, daß die Amplituden der Signalspannungen vorübergehend stark absinken; hieraus leitet ein elektronisches Zählwerk Zählimpulse ab.

Die Sende- und Empfangsspulen der Schienenkontakte müssen so ausgebildet und angeordnet sein, daß sie ausschließlich auf vorüberlaufende Fahrzeugräder, nicht aber auf andere Fahrzeug­ teile wie z.B. tiefhängende Magnetschienenbremsen ansprechen. In jüngster Zeit werden zum Abbremsen insbesondere sehr schnell fahrender Schienenfahrzeuge auch sogenannte Wirbelstrombremsen verwendet (ETR 35, 1986, Heft 11, Seiten 756 und 759) und diese Wirbelstrombremsen können unter gewissen Voraussetzungen durch­ aus in der Lage sein, die Schienenkontakte in gleicher Weise wie vorüberlaufende Räder zu beeinflussen. Wäre dies unabhängig von den Betriebsarten Bremse hochgezogen, Bremse abgesenkt und Bremse erregt bzw. nicht erregt, so wäre dies tolerierbar, weil die Bremse dann stets wie ein Fahrzeugrad bewertet würde. Die hochgezogene Wirbelstrombremse bewirkt durch den größeren Abstand zur Schiene grundsätzlich keinen Zählimpuls und auch die abgesenkte nicht erregte Wirbelstrombremse wird nicht ge­ zählt, weil die Eisenmassen der Bremse durch ein hochpermeabe­ les Leitblech abgeschirmt sind. Dieses Leitblech bewirkt durch Feldlinienführung im abgesenkten aber nicht erregten Zustand gegenüber einer Anordnung ohne Leitblech eine Reduzierung der Empfangsspannung des Schienenkontaktes unter die Ansprechgrenze des Zählwerkes. Die Empfangsspannung kann bei höherer Betriebs­ erregung jedoch durch Sättigungserscheinungen des Leitbleches über die Ansprechschwelle des Zählwerkes ansteigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 1 anzugeben, mit der verhindert wird, daß die abgesenkte und erregte Wirbelstromschienenbremse vom Zählwerk wie ein vorüberlaufendes Fahrzeugrad detektiert wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1. Das von der eingeschalteten Wirbelstrombremse ausgehende Magnetfeld schaltet für die Dauer der magnetischen Beeinflussung des Schienenkontaktes diesen unwirksam und verhindert damit, daß der Schienenkontakt auf die Eisenmassen der Bremse reagieren kann.

Vorteilhafte Ausbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Wenn das zum vorübergehenden Unwirksamschalten eines Schienen­ kontaktes verwendete nichtlineare Schaltelement nach den Merk­ malen des Anspruches 2 auf die Sendeseite des Schienenkontaktes einwirkt, so hat dies den Vorteil, daß nur ein einziges nicht­ lineares Schaltelement vorzusehen ist; dies gilt sowohl für in Reihe geschaltete als auch für einander parallel geschaltete Sendespulen.

Die Ausbildung des nichtlinearen Schaltelementes als sättig­ bare Induktivität nach den Merkmalen des Anspruches 3 kenn­ zeichnet eine besonders einfache und robuste Ausgestaltung des Schienenkontaktes, die darüber hinaus noch den Vorzug hat, daß sie in ihrer Wirkungsweise weitgehend unabhängig ist von der Geschwindigkeit, mit der die Wirbelstrombremse am Schienenkon­ takt vorbeibewegt wird.

In vorteilhafter Weise wird die Induktivität gemäß Anspruch 4 durch die Sekundärwicklung eines zum Speisen der Sendespulen ohnehin vorhandenen Anpaßübertragers dargestellt.

Wenn nach der Lehre des Anspruches 5 die beiden Sendeschwing­ kreise über einen Widerstand parallel geschaltet sind, so hat dies den Vorteil, daß die von dem externen Magnetfeld in den Sendespulen induzierten Spannungen nahezu in voller Höhe für die Steuerung des nichtlinearen Schaltelementes zur Verfügung stehen.

Die Berücksichtigung von Mindestalleinbeeinflussungszeiten durch das Zählwerk gemäß Anspruch 6 hat den Vorteil, daß un­ vermeidbare unterschiedliche Laufzeiterscheinungen in beiden Verarbeitungskanälen zwischen den Empfangsspulen und dem Zählwerk nicht zu einem ungewollten Zählvorgang führen können.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die Zeichnung zeigt

in Fig. 1 die Sendeschwingkreise eines elektronischen Doppel­ schienenkontaktes zusammen mit dem nach der Erfin­ dung vorgesehenen nichtlinearen Schaltelement,

in Fig. 2 die sich an einer Empfangsspule beim Vorüberlaufen eines Fahrzeugrades und beim Vorüberlaufen einer eingeschalteten Wirbelstrombremse einstellenden Spannungen bei nicht vorhandenem nichtlinearem Schaltelement und

in Fig. 3 die sich dort einstellenden Spannungen beim Vorhan­ densein des nichtlinearen Schaltelementes.

Fig. 1 zeigt die Sendeschwingkreise eines Doppelschienenkon­ taktes. Diese Sendeschwingkreise bestehen aus einander parallel­ geschalteten Parallelschwingkreisen mit jeweils einer Indukti­ vität L 1 bzw. L 2 und einer Kapazität C 1 bzw. C 2. Gespeist werden die beiden Sendeschwingkreise aus einem gemeinsamen Generator G. Das nach der Erfindung vorgesehene nichtlineare Schaltelement besteht aus einer Spule L mit Eisenkern, deren Induktivität um ein Vielfaches größer ist als die Induktivität der Sendespulen. Die Gesamtinduktivität der Schwingkreise wird damit durch die Zusatzinduktivität der Spule nur geringfügig beeinflußt; dennoch sind die Schwingkreisspulen derartig dimen­ sioniert, daß sie zusammen mit der Induktivität der Spule L und der zugehörigen Kapazität einen auf die Sendefrequenz abge­ stimmten Schwingkreis bilden. Die Spule L ist nicht direkt am Gleis angeordnet.

Bevor näher auf die Funktion der als nichtlineares Schaltele­ ment verwendeten Spule L eingegangen wird, wird Bezug genommen auf Fig. 2. Dort ist für einen Empfangszweig des Schienenkon­ taktes die an den Empfangsspulen auftretende Spannung über der Zeit aufgetragen. Im linken und im rechten Teil der Darstellung ist die Beeinflussung des Schienenkontaktes durch ein Fahrzeug­ rad zu sehen, dazwischen die Beeinflussung des Schienenkontak­ tes durch das Magnetfeld einer eingeschalteten, zwischen auf­ einanderfolgenden Achsen des Schienenfahrzeuges angeordneten Wirbelstrombremse. Diese Wirbelstrombremse induziert in den Empfangsspulen und in gleicher Weise auch in den Sendespulen niederfrequente Spannungen, deren Frequenz abhängig ist von der Fahrgeschwindigkeit des die Bremse führenden Zuges. Diese Frequenz liegt bei einer Fahrgeschwindigkeit von 350 km/h bei ca. 200 Hz. Die Amplitude ist im wesentlichen abhängig von der Erregung der Bremse und der Fahrgeschwindigkeit des Zuges; sie beträgt etwa 3 Volt gegenüber einer Empfangsspannung von üb­ licherweise 80 mV ohne Magnetfeldbeeinflussung. Nach der Er­ findung ist nun vorgesehen, die durch das externe Magnetfeld in den Sendespulen induzierten niederfrequenten Spannungen dazu zu verwenden, das nichtlineare Schaltelement in die Wirkstel­ lung zu steuern und damit den Schienenkontakt vorübergehend unwirksam zu machen. Im konkreten Ausführungsbeispiel gelangt das Material des Eisenkernes L beim Erreichen eines bestimmten Schwellwertes dieser niederfrequenten Spannung über den dann fließenden Strom in die Sättigung und schließt dabei die zu den Sendespulen führenden Zuleitungen des Generators kurz. Dies ist möglich, weil die Induktivität der Spule L dem niederfrequenten Sättigungsstrom einen sehr viel kleineren Widerstand entgegen­ setzt als dem hochfrequenten Sendestrom. Für die Dauer des Kurzschlusses ist die Energieübertragung von der Sendeseite zur Empfangsseite des Schienenkontaktes unterbunden. Die Empfangs­ seite ist also nicht in der Lage, das vom Sender stammende Si­ gnal zu empfangen.

Fig. 3 verdeutlicht diesen Zusammenhang. Im linken und im rechten Teil sind wiederum die sich bei einem Befahrungsereig­ nis einstellenden Empfangsspannungen dargestellt, diesmal nach Abfilterung der niederfrequenten, durch das Bremsenmagnetfeld bedingten Komponenten. Ein Zählimpuls wird ausgelöst, wenn die Empfangsspannung des einen Kanals einen gegebenen Schwellwert übersteigt, danach die Empfangsspannung des anderen Kanals den gleichen Schwellwert übersteigt und anschließend die Empfangs­ spannung des ersten Kanals wieder unter den gegebenen Schwell­ wert absinkt. Die Eisenmassen einer erregten Wirbelstromschie­ nenbremse beeinflussen den Doppelschienenkontakt in gleicher Weise wie ein Fahrzeugrad, d.h. die Empfangsspannungen über­ schreiten die für den Zählvorgang relevanten Schwellwerte je­ weils nacheinander in vorgegebener Reihenfolge. Durch die Sättigung der nach der Erfindung vorgesehenen Induktivität ergibt sich jedoch, daß jedesmal dann, wenn die Spule L in die Sättigung gelangt, die Empfangsamplitude zusammenbricht. Die Empfangsamplitude baut sich zwar zu den Zeiten, zu denen die durch das Bremsenmagnetfeld induzierte resultierende Spannung durch Null geht wieder auf, aber jeweils gleichzeitig in beiden Empfangskanälen. Damit fehlt der zeitliche Versatz zwischen beiden Signalen, der für das Zählwerk bestimmend ist zum Aus­ lösen eines Einzähl- oder Auszählimpulses. Durch das nicht­ lineare Schaltelement werden die sich infolge der Bremsenbeein­ flussung empfangsseitig einstellenden Spannungen also jeweils gleichzeitig zerhackt, so daß sie vom Zählwerk nicht regi­ striert werden können. Um auszuschließen, daß durch unvermeid­ bare Laufzeitdifferenzen in den beiden Verarbeitungskanälen zwischen den Empfangsantennen und dem Zählwerk ein zeitlicher Versatz der auf beiden Kanälen registrierten Signale eintritt, der im Zählwerk in ungewollter Weise zu einem Zählvorgang füh­ ren könnte, ist vorgesehen, daß das Zählwerk erst ab einer be­ stimmten Mindestalleinbeeinflussungszeit der Signale anspricht. Damit werden die Toleranzen der Auswertung der beiden Spannun­ gen in den Verarbeitungskanälen aufgefangen.

Der Kupferwiderstand der als nichtlineares Schaltelement ver­ wendeten Induktivität soll möglichst klein sein, damit die vom Magnetfeld der Bremse in den Sendespulen induzierten Spannungen einen möglichst großen Strom über die Wicklung der Induktivität treiben können. Der Generator soll diesen Vorgang möglichst wenig beeinflussen; sein Innenwiderstand ist deshalb hoch gegen­ über dem Kupferwiderstand der Spule zu wählen.

Die Verwendung einer sättigbaren Spule zum Kurzschließen der Sendeschwingkreise hat den Vorteil, daß der durch die Spule fließende Strom nahezu unabhängig ist von der Geschwindigkeit, mit der die eingeschaltete Bremse den Schienenkontakt passiert. Zwar sinkt die in den Spulen induzierte Spannung bei Verlang­ samung der Geschwindigkeit ab; da gleichzeitig aber wegen der Verringerung der Frequenz der induktive Widerstand der Spule abnimmt, bleibt der auf die Spule wirkende Strom nahezu unver­ ändert.

Die von dem externen Magnetfeld der Wirbelstrombremse in den Sendespulen induzierten Spannungen sind - bedingt durch den räumlichen Versatz der Spulen - gegeneinander phasenverschoben. Die aus diesen beiden Spannungen gebildete resultierende Span­ nung treibt den Sättigungsstrom durch die Spule L. Diese re­ sultierende Spannung liegt jeweils zwischen den beiden in den Sendespulen induzierten Spannungen. Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Sendeschwingkreise einander über einen Widerstand parallel ge­ schaltet sein sollen, der sehr viel kleiner ist als der Reso­ nanzwiderstand der einzelnen Kreise. Dieser Widerstand ist um ein Vielfaches größer als der Kupferwiderstand der Sendespulen. Der Kreis mit der jeweils niedrigeren induzierten Spannung be­ lastet dann infolge unterschiedlicher Stromaufteilung in den Kreisen die jeweils höhere Spannung weniger stark als bei einer Anordnung, bei der die beiden Schwingkreise einander direkt parallel geschaltet sind, so daß die resultierende Spannung, die den Strom über die Spule treibt, höher liegt als bei direk­ ter Parallelschaltung.

In dem vorstehend näher erläuterten Ausführungsbeispiel ist das nichtlineare Schaltelement als sättigbare Spule ausgebildet, die die Sendekreise kurzschließt. Es ist auch möglich, andere nichtlineare Schaltelemente zu verwenden, beispielsweise Dio­ den, die beim Überschreiten einer bestimmten Sperrspannung an­ sprechen und den Schienenkontakt vorübergehend unwirksam schalten. Diese nichtlinearen Schaltelemente können strom- oder spannungsgesteuert sein und sie können zum Unwirksamschalten des Schienenkontaktes die Sende- oder Empfangsspulen gleichzei­ tig entweder kurzschließen oder aber auftrennen. Die erfin­ dungsgemäße Verwendung eines nichtlinearen Schaltelementes ist nicht an eine spezielle Ausbildung des Schienenkontaktes ge­ knüpft. So können die beiden Beeinflussungssysteme des Doppel­ schienenkontaktes sowohl an einer als auch getrennt an beiden Fahrschienen eines Gleises angebracht sein. Die Verwendung eines nichtlinearen Schaltelementes zum vorübergehenden Unwirk­ samschalten eines Doppelschienenkontaktes ist auch nicht ge­ knüpft an eine besondere Auswertung der übertragenen Signale, beispielsweise die spannungsgesteuerte Umsetzung in unter­ schiedliche Signalfrequenzen. Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich mit Vorteil bei jedem beliebigen elektronischen Doppelschienenkontakt verwenden.

Claims (6)

1. Einrichtung an einem elektronischen Doppelschienenkontakt mit mindestens zwei längs mindestens einer Fahrschiene angeord­ neten Sendern und diesen zugeordneten Empfängern zum Detektie­ ren der von den Sendern ausgehenden, durch die Räder vorüber­ laufender Eisenbahnfahrzeuge in charakteristischer Weise beein­ flußbaren hochfrequenten elektromagnetischen Strahlung, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein nichtlineares Schaltelement (L) vorgesehen ist, das durch eine von einem externen Magnetfeld in den Sendespulen induzier­ te Spannung, deren Frequenz deutlich unterhalb der Sendefre­ quenz des Schienenkontaktes liegt, strom- oder spannungsge­ steuert in die Wirkstellung steuerbar ist, in der es die beiden Sende- und/oder Empfangskreise des Doppelschienenkontaktes je­ weils gleichzeitig entweder auftrennt oder kurzschließt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Speisen der Sendespulen (L 1, L 2) ein gemeinsamer Generator (G) vorgesehen ist und daß das nichtline­ are Schaltelement (L) an den Ausgang des Generators angeschlos­ sen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet,
daß der Generator (G) auf Parallelresonanzkreise (L 1, C 1; L 2, C 2) arbeitet,
daß das nichtlineare Schaltelement (L) als Spule mit Eisenkern ausgebildet ist, deren Induktivität um ein Vielfaches größer ist als die Induktivität der Sendespulen (L 1, L 2) und deren Wirkwiderstand um ein Vielfaches kleiner ist als der Innen­ widerstand des die Sendespulen speisenden Generators,
daß das Material des Eisenkernes so gewählt ist, daß es bei dem angenommenen externen Magnetfeld aufgrund der dann in den Sendespulen (L 1, L 2) induzierten Spannungen und der daraufhin fließenden Ströme in die Sättigung gelangt
und daß die Spule (L) an die beiden Speiseleitungen vom Genera­ tor zu den Sendespulen (L 1, L 2) angeschlossen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Induktivität (L) als Sekundärwick­ lung eines vom Generator gespeisten Übertragers ausgeführt ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Sendeschwingkrei­ se (L 1, C 1; L 2, C 2) einander über einen Widerstand parallel ge­ schaltet sind, der sehr viel kleiner ist als der Resonanzwider­ stand der Sendeschwingkreise.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Ausgangsspannungen der Empfangsspulen bewertendes Zählwerk vorgesehen ist und daß dieses Zählwerk nur dann einen Einzähl- oder Auszählimpuls auslöst, wenn die Alleinbeeinflussungszeit der detektierten Signale einen Mindestwert erreicht, der deutlich über der maximal möglichen Laufzeitdifferenz der beiden Verarbeitungs­ kanäle zwischen den Empfangsspulen und dem Zählwerk liegt.